3,4,5Li Kararsız İzotoplarının Nükleer Yapısının İncelenmesi

Abstract

Lityum (Z = 3), en hafif çekirdeklerden biridir ve nötron sayısına oldukça duyarlı olan geniş bir nükleer yapı olgusu yelpazesini sergiler. Kararlı izotoplar olan 6Li ve 7Li nükleer teknolojide iyi bilinirken, kararsız izotoplar 3Li, 4Li ve 5Li zayıf bağlanmaları ve kısa ömürleri nedeniyle teorik modellerin test edilmesi için önemli bir alan sağlar. Bu çalışmada, bu kararsız lityum izotoplarının nükleer temel durum özellikleri, Skyrme tipi etkili etkileşimler kullanılarak Hartree–Fock çerçevesinde incelenmiştir. Yük, proton, nötron ve kütle dağılımlarının kök ortalama kare (rms) yarıçapları hesaplanmış; toplam bağlanma enerjileri ve nükleon başına bağlanma enerjileri analiz edilmiştir. Ayrıca karşılaştırma amacıyla yarı-deneysel sıvı-damla modeli kullanılarak kütle yarıçapları tahmin edilmiştir. Çeşitli Skyrme parametrelerinin sistematik çalışması yapılmış ve SKx ile GS4 kuvvetlerinin, mevcut deneysel bağlanma enerjileri ve yarıçap verileriyle en yakın uyumu sağladığı belirlenmiştir. Hesaplanan sonuçlar, deneysel değerler ve sıvı-damla modeli tahminleri ile karşılaştırılmış; ortalama alan yaklaşımlarının çok hafif, kararsız çekirdeklerin tanımlanmasındaki yetenekleri ve sınırlamaları ortaya konmuştur. Bu çalışma, egzotik lityum izotoplarının nükleer yapısının daha iyi anlaşılmasına katkı sağlamış ve gelecekteki teorik ve deneysel araştırmalar için faydalı referanslar sunmaktadır.

Keywords

• Lityum
• Hartree-Fock
• Skyreme
• rms yarıçapı
• bağlanma enerjisi
• nükleer yapı

Supporting Institution

Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

OKÜBAP-2025-DKTP-005

Ethical Statement

Çalışmanın etik ilkelere uygun olduğunu ve kullanılan tüm kaynakların doğru şekilde atıf yapıldığını beyan ederiz.

Thanks

Bu çalışma, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından OKÜBAP-2025-DKTP-005 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir.

Investigation of Nuclear Structure of 3,4,5Li Unstable Isotopes

Abstract

Lithium (Z = 3) is one of the lightest nuclei and exhibits a wide range of nuclear structure phenomena that are highly sensitive to neutron number. While the stable isotopes 6Li and 7Li are well established in nuclear technology, the unstable isotopes 3Li, 4Li, and 5Li provide an important testing ground for theoretical models due to their weak binding and short lifetimes. In this work, the nuclear ground-state properties of these unstable lithium isotopes are investigated within the Hartree–Fock framework using Skyrme-type effective interactions. Root-mean-square (rms) radii for charge, proton, neutron, and mass distributions are calculated, and the total binding energies and binding energies per nucleon are analyzed. In addition, mass radii are estimated using the semi-empirical liquid-drop model for comparison. A systematic study of various Skyrme parameterizations is performed, and the SKx and GS4 forces are identified as providing the closest agreement with available experimental data for binding energies and radii. The calculated results are compared with experimental values and liquid-drop model predictions, highlighting both the capabilities and the limitations of mean-field approaches in describing very light, unstable nuclei. The present study contributes to a better understanding of the nuclear structure of exotic lithium isotopes and provides useful benchmarks for future theoretical and experimental investigations.

Keywords

• Lithium
• Hartree-fock
• Skyreme
• rms radii
• binding energy
• nuclear structure

Supporting Institution

Osmaniye Korkut Ata University’s Scientific Research Project Coordination Unit

Project Number

OKÜBAP-2025-DKTP-005

Ethical Statement

We declare that the research complies with ethical principles, and all sources used are properly cited.

Thanks

This work is supported by Osmaniye Korkut Ata University’s Scientific Research Project Coordination Unit, Contract No. OKÜBAP-2025-DKTP-005 project.

References

1. [1] Tanihata, I., et al. 1985. Measurements of interaction cross sections and radii of He isotopes. Physical Review Letters, 55(24), 2676-2679.
2. [2] Angeli, I., & Marinova, K. P. 2013. Table of experimental nuclear ground state charge radii. Atomic Data and Nuclear Data Tables, 99(1), 69-95.
3. [3] Thompson, I. J., Nunes, F. M., & Johnson, R. C. 2019. Nuclear Reactions for Astrophysics. Cambridge University Press.
4. [4] Navrátil, P., Quaglioni, S., Stetcu, I., & Barrett, B. R. 2009. Recent developments in no-core shell-model calculations. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, 36(8), 083101.
5. [5] Bender, M., Heenen, P.-H., & Reinhard, P.-G. 2003. Self-consistent mean-field models for nuclear structure. Reviews of Modern Physics, 75(1), 121-180.
6. [6] Vautherin, D., & Brink, D. M. 1972. Hartree-Fock calculations with Skyrme’s interaction. I. Spherical nuclei. Physical Review C, 5(3), 626-647.
7. [7] Tombrello, T. A., & Parker, P. D. 1963. Direct-capture model for the He 3 (α, γ) Be 7 and T (α, γ) Li 7 reactions. Physical Review, 131(6), 2582.
8. [8] Audi, G., Bersillon, O., Blachot, J., & Wapstra, A. H. 2003. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear physics A, 729(1), 3-128.

9. [9] Skyrme, T. H. R. 1956. CVII. The nuclear surface. Philosophical Magazine, 1(11), 1043-1054.
10. [10] Dobaczewski, J., Flocard, H., & Treiner, J. 1984. Hartree-Fock-Bogolyubov description of nuclei near the neutron-drip line. Nuclear Physics A, 422(1), 103-139.
11. [11] Reinhard, P. G., & Cusson, R. Y. 1982. A comparative study of Hartree-Fock iteration techniques. Nuclear Physics A, 378(3), 418-442.
12. [12] 12. Guo-Qiang, L. 1991. A systematic study of nuclear properties with Skyrme forces. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, 17(1), 1-34.
13. [13] P. Ring and P. Schuck. 1980. The Nuclear Many Body Problem, Springer, Berlin, Heidelberg,
14. [14] 14. Krane K. S. 1987. Introductory Nuclear Physics, John Wiley & Sons.
15. [15] HAFOMN:Skyrme-Hartree-Fock-Code (skhafo.f)n.d.http://phys.lsu.edu/graceland/faculty/cjohnson/skhafo.f.(t.y).(Erişim Tarihi: 10.02.2026)
16. [16] Wang, M., et al. 2014. The AME2012 atomic mass evaluation * (II). Tables, graphs and references, 36(12), 1603..
17. [17] Tel, E., 2025., Investigation of nuclear structure of 7Li nuclei using shell model. Korkut Ata Congress | Korkut Ata Kongresi
18. [18] Tel, E., 2025., Electron scattering form factors calculations of 7Li nuclei. Korkut Ata Congress | Korkut Ata Kongresi